DE3415828C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul mit Solarzellen, die in einem Gehäuse angeordnet sind, mit einem auf der er­ sten Stirnfläche des Gehäuses angeordneten ersten Anschluß der einen Polarität, mit einem auf der der ersten Stirnflä­ che gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche angeordneten zwei­ ten Anschluß entgegengesetzter Polarität, wobei der erste und der zweite Anschluß so ausgebildet sind, daß ein weiteres identisches Solarzellenmodul auf eine dieser Stirnflächen aufgesteckt werden kann zur Bildung einer Serienschaltung der Solarzellen in den Modulen.

Ein derartiges Solarzellenmodul ist aus der JP 56-94 675 A bekannt.

Außerdem betrifft die Erfin­ dung einen Ausgangsanschlußblock zur Verwendung bei einem solchen Solarzellenmodul.

Diese Solarzellenmodule können in Serie, parallel oder in einer Matrix verbunden sein, so daß eine gewünschte Spannung und Leistungskapazität erhalten wird.

Nach dem Stande der Technik umfaßt eine Solarzellenanord­ nung eine Verbindung einer Mehrzahl von iden­ tischen Solarzellenmodulen, in der ein Draht zwischen die beiden Anschlüsse des letzten Solarzellenmoduls geschaltet und zum ersten Solarzellenmodul zurückgeführt werden muß, damit die Gesamtausgangsleistung der Mehrzahl von Solarzel­ lenmodulen abgegeben wird. In dem Falle einer in den Fig. 2 gezeigten Solarzellen­ anordnung, die vier Module 21, 22, 23 und 24 umfaßt, muß ein Draht 28 zwischen die Anschlüsse 24 a und 24 b des letzten Solarzellenmoduls geschaltet werden, damit die Gesamtausgangsleistung zwischen den Anschlüssen 21 a und 21 b des ersten Solarzellenmoduls 21 abgegeben wird.

Im Falle einer anderen Solarzellenanordnung, die in Fig. 3 gezeigt ist und vier Solarzellenmodule 31, 32, 33 und 34 umfaßt, die mit einer einzigen Leitung 38 verbunden sind, müssen Drähte 36 und 37 zwi­ schen dem Anschluß 31 a des ersten Solarzellenmoduls 31 und einem Anschluß eines Ausgangsanschlußsteckers 35 sowie zwi­ schen dem Anschluß 34 a des letzten Solarzellenmoduls 34 und dem anderen Anschluß des Ausgangsanschlußsteckers 35 ge­ schaltet werden.

In beiden Fällen sind zusätzlich vorzusehende oder lange Drähte bzw. Leitungen erforderlich, um die gewünschte Aus­ gangsleistung von den verbundenen Solarzellenmodulen zu er­ halten. Insbesondere dann, wenn viele Solarzellenmodule ver­ bunden werden, ist das Verbinden mit Drähten bzw. Leitungen mühsam, und oftmals kommt es zu einem Draht- bzw. Leitungs­ bruch.

So ist als weitere Möglichkeit zur Serien- oder Parallelschaltung von Solarzellenmodulen aus der CH-PS 6 37 245 ein Solarzellenmodul mit Solar­ zellen, die in einem Gehäuse angeordnet sind, bekannt, wobei auf der einen von zwei gegenüberliegenden Stirnflächen jedes Solarzellenmoduls nebeneinander zwei Buchsen unterschiedli­ cher Polarität und auf der anderen dieser beiden Stirnflächen zwei Stecker unterschiedlicher Polarität vorgesehen sind. Die Stecker und Buchsen sind hierbei so angeordnet, daß sich dadurch benachbarte Solarzellenmodule aneinanderstecken las­ sen, indem beim Zusammenstecken jeweils die Plus- und Minus­ pole der beiden Solarzellen aufeinandertreffen und sich so eine Parallelschaltung ergibt. Will man gruppenweise in Pa­ rallelschaltung zusammengesteckte Solarzellenmodule noch zusätzlich in Serie schalten, dann ist es erforderlich, so­ fern die Gruppen nebeneinander angeordnet sind, zusätzliche Verbindungskabel zwischen den Gruppen vorzusehen, welche die obigen Nachteile haben. Schaltet man dagegen die einzel­ nen in Parallelschaltung zusammengesteckten Gruppen in geo­ metrischer Reihenanordnung elektrisch in Serie, dann lassen sich zwar die einzelnen Gruppen zusammenstecken, jedoch muß an die beiden entgegengesetzten und relativ weit voneinander entfernten Enden der geometrischen Reihenanordnung wie in dem hier in Fig. 3 dargestellten Fall je ein Anschlußkabel angeschlossen werden, was unbequem und unpraktisch ist.

Aus der DE-OS 31 11 969 ist eine Solarzellenmodul bekannt, das den gleichen grundsätzlichen Aufbau wie dasjenige nach der CH-PS 6 37 245 hat, jedoch mit der Abwandlung, daß auf beiden gegenüberliegenden Stirnseiten Buchsen vorgesehen sind, welche durch separate doppelseitige Steckstifte ver­ bindbar sind, die auf ihrer einen Seite in eine Buchse des einen Solarzellmoduls und auf ihrer anderen Seite in die damit zu verbindende Buchse eines anderen Solarzellenmoduls gesteckt werden. Im übrigen haben diese Solarzellenmodule jedoch die gleichen Nachteile wie sie vorstehend bezüglich der Solarzellenmodule nach der CH-PS 6 37 245 dargelegt sind.

Weiterhin ist aus der US-PS 35 27 619 ein quadratisches und flaches Solarzellenmodul bekannt, bei dem die Anschlüsse als quadratische Anschlußplatten auf der Oberseite des Solar­ zellenmoduls an den vier Ecken desselben vorgesehen sind, wobei je zwei gleichpolige Anschlüsse an einander benachbar­ ten Ecken angeordnet sind. Diese Anschlüsse werden bei elek­ trischer Serien- und Parallelschaltung mehrerer Solarzellen­ module mittels quadratischer Verbindungsplatten miteinander verbunden. Bei einer Serienschaltung ist es auch hier in unbequemer und unpraktischer Weise erforderlich, an entge­ gengesetzten und relativ weit voneinander entfernten Enden der Solarzellenanordnung je ein Anschlußkabel anzuschließen.

Schließlich ist aus der eingangs bereits genannten JP 56-94 675 A ein Solarzellenmodul bekannt, das bei Serienschaltung von mehreren Solarzellenmodulen die vorstehend erwähnten unbequemen und unpraktischen Anschlußkabel erfordert, sofern die Solarzellenmodule nur in einer Reihe oder in einer unge­ raden Anzahl nebeneinanderliegender Reihen in Serie geschal­ tet werden. Wenn zwei oder mehr nebeneinanderliegende und hintereinandergeschaltete Reihen von Solarzellenmodulen vor­ gesehen werden, sind Verbindungskabel in der Art erfordert, wie hier in Fig. 2 dargestellt ist.

Für die Parallelschaltung ist das Solarzellenmodul nach der JP 56-94 675 A auf der dritten und vierten Stirnfläche des Gehäuses jeweils mit einem Anschlußpaar von Anschlüssen un­ terschiedlicher Polarität versehen, wobei die Anschlüsse auf der einen dieser beiden Stirnflächen als Stecker und auf der anderen dieser Stirnflächen als Buchsen ausgebildet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Solarzellenmodul der gat­ tungsgemäßen Art so auszubilden, daß bei einer Serienschal­ tung mehrerer Solarzellenmodule unbequeme und unpraktische Verbindungskabel an entgegengesetzten Enden der Solarzellen­ modulanordnung und Verbindungskabel zwischen benachbarten Solarzellenmodulen unnötig sind, so daß infolgedessen Drähte und Leitungen als Verbindungskabel, die zu Bruch gehen kön­ nen, und entsprechende Verlegungsarbeiten wegfallen, sowie die Anschlußkabel nicht mehr in unbequemer und unpraktischer Weise verlegt werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der ersten und auf der zweiten Stirnfläche je ein weiterer Anschluß vorhanden ist, welche elektrisch miteinander ver­ bunden sind, und daß diese Anschlüsse mit dem zweiten An­ schluß durch einen Schalter verbunden sind, der beim Auf­ stecken eines identischen Moduls auf die zweite Stirnfläche geöffnet wird.

Auf diese Weise ergibt sich beim Zusammenbau mehrerer Solar­ zellenmodule in Serienschaltung eine Verbindung derselben durch deren interne Leitungen derart, daß keine zusätzli­ chen äußeren Verbindungskabel erforderlich sind und die An­ schlußkabel nur an einer einzigen Stirnseite angeschlossen werden können.

Außerdem wird mit der Erfindung ein Ausgangsanschlußblock zur Verwendung bei einem erfindungsgemäßen Solarzellenmodul zur Verfügung gestellt, der sich dadurch auszeichnet, daß er Anschlüsse hat, die mechanisch und elektrisch mit den Anschlüssen für Serienschaltung oder den Anschlüssen für Parallelschaltung verbindbar sind, so daß die Ausgangslei­ stung eines einzelnen Moduls oder verbundener Module am Aus­ gangsanschlußblock abnehmbar ist.

Weiterbildung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es seien nachfolgend einige bevor­ zugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; es zeigt

Fig. 1 eine zur Erläuterung dienende Zeichnung, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 2 und 3 zur Erläuterung dienende Zeichnungen, die Ver­ bindungsbeispiele von konventionellen Solar­ zellenmodulen veranschaulichen; und

Fig. 4 eine zur Erläuterung dienende Zeichnung, die eine andere Ausführungsform der Erfindung ver­ anschaulicht.

Es sei nun nachstehend eine erste Ausführungsform eines Solar­ zellenmoduls unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Die dargestellten vier Solarzellenmodule 1, 2, 3 und 4 haben Anschlüsse 1a, 1 b, 2 a, 2 b, 3 a, 3 b, 4 a, 4 b, und zwar sind das jeweils zwei Anschlüsse auf einer Stirnfläche des Ge­ häuses von jedem Modul, und sie haben Anschlüsse 1 c, 1 d, 2 c, 2 d, 3 c, 3 d, 4 c und 4 d, und zwar sind das jeweils zwei Anschlüsse auf der entgegengesetzten Stirnfläche des Gehäuses von jedem Modul. Die Module können mechanisch dadurch ver­ bunden sein, daß die Anschlüsse 1a, 1 b, 2 a, 2 b, 3 a, 3 b, 4 a und 4 b zu einer konvexen Gestalt geformt sind, und daß die Anschlüsse 1 c, 1 d, 2 c, 2 d, 3 c, 3 d, 4 c und 4 d zu einer kon­ kaven Gestalt geformt sind. Im einzelnen ist das Modul 2 dadurch mit dem Modul 1 verbunden, daß die konvexen An­ schlüsse 2 a und 2 b des Moduls 2 in den konkaven Schlüssen 1 c und 1 d des Moduls 1 angebracht bzw. in diese konkaven Anschlüsse gesteckt sind. Das Modul 3 ist mit dem Modul 2 dadurch verbunden, daß die konvexen Anschlüsse 3 a und 3 b des Moduls 3 in den konkaven Anschlüssen 2 c und 2 d des Moduls 2 angebracht bzw. in diese konkaven Anschlüsse gesteckt sind. Das Modul 4 ist mit dem Modul 3 dadurch verbunden, daß die konvexen Anschlüsse 4 a und 4 b des Moduls 4 in den konkaven Anschlüssen 3 c und 3 d des Moduls 3 angebracht bzw. in diese konkaven Anschlüsse gesteckt sind. Auf diese Weise werden die Module eines nach dem anderen verbunden. In Fig. 1 ist jede Solarzelle durch das Symbol einer Diode angedeutet.

Ein Paar von Eingangs- und Ausgangsleitungen jedes Moduls ist über einen Schalter miteinander verbunden. Im einzelnen ist die Eingangsleitung 1 a - Solarzelle - 1 c mit der Aus­ gangsleitung 1 b-1 d über den Schalter 5 verbunden, die Ein­ gangsleitung 2 a - Solarzelle - 2 c ist mit der Ausgangslei­ tung 2 b-2 d über den Schalter 6 verbunden, die Eingangs­ leitung 3 a - Solarzelle - 3 c ist mit der Ausgangsleitung 3 b-3 d über den Schalter 7 verbunden, und die Eingangslei­ tung 4 a - Solarzelle - 4 c ist mit der Ausgangsleitung 4 b-4 d über den Schalter 8 verbunden.

Betätigungselemente 5 a, 6 a, 7 a und 8 a der Schalter 5, 6, 7 und 8 werden durch Federn 5 b, 6 b, 7 b und 8 b stets mit Druck beaufschlagt und stehen über die zu verbindenden Stirnseiten vor, so daß die Schalter eingeschaltet werden, wenn die Module getrennt werden. Wenn die Module 1, 2, 3 und 4 miteinander verbunden werden, dann werden die Betätigungselemente 5 a, 6 a und 7 a durch die Stirn­ seiten der Module 2, 3 und 4 gegen die Kräfte der Federn 5 b, 6 b und 7 b zurückgedrückt bzw. nach einwärts gedrückt. Infolgedessen werden die Schalter 5, 6 und 7 ausgeschaltet. Jedoch bleibt der Schalter 8 des Moduls 4 im eingeschalteten Zustand, da kein Modul vorhanden ist, welches das Betätigungs­ element 8 a des Moduls 4 einwärts drückt. Demgemäß bleiben die Eingangs- und Ausgangsleitung des Moduls 4 über den Schal­ ter 8, der eingeschaltet bleibt, miteinander verbunden. Mit anderen Worten bedeutet das, daß der Anschluß 1 a des Moduls 1 in der nachstehenden Reihenfolge mit den folgenden Elemen­ ten verbunden ist: mit der Solarzelle des Moduls 1, mit den Anschlüssen 1 c, 2 a, mit der Solarzelle des Moduls 2, mit den Anschlüssen 2 c, 3 a, mit der Solarzelle des Moduls 3, mit den Anschlüssen 3 c, 4 a, mit der Solarzelle des Moduls 4, mit dem Schalter 8 a, mit den Anschlüssen 4 b, 3 d, 3 b, 2 d, 2 b, 1 d und dem Anschluß 1 b des Moduls 1.

Auf diese Weise kann die gesamte Ausgangsleistung der Module 1, 2, 3 und 4, die in Serie geschaltet sind, von den Anschlüssen 1 a und 1 b des Moduls 1 abgegeben werden.

Ein Ausgangsanschlußblock 10 für die Solarzellenmodule be­ steht aus einer Steckdose, Buchse oder Fassung 9, einem Aus­ gangsstecker p und einer Leitungsschnur 11, wel­ che die Steckdose, Buchse oder Fassung und den Ausgangsstecker verbindet. Konkave Anschlüsse 9 a und 9 b sind auf der einen Stirnseite der Steckdose, Buchse oder Fassung 9 ausgebildet, so daß eine Verbindung mit den konvexen Anschlüssen des Mo­ duls 1 möglich ist. Durch Anbringen der konvexen Anschlüsse in den konkaven Anschlüssen der Steckdose, Buchse oder Fas­ sung 9 bzw. durch Einstecken der konvexen Anschlüsse des Moduls 1 in die konkaven Anschlüsse der Steckdose, Buchse oder Fassung 9 wird das Modul 1 direkt mit der Steckdose, Buchse oder Fassung 9 verbunden. Im einzelnen werden die konvexen Anschlüsse 1 a und 1 b des Moduls 1 in die konkaven Anschlüsse 9 a und 9 b der Steckdose, Buchse oder Fassung 9 eingefügt, so daß die Gesamtausgangsleistung der verbundenen Solarzellenmodule 1, 2, 3 und 4 erhalten wird. Auf diese Weise werden die Module 1, 2, 3 und 4 durch die Steckdose, Buchse oder Fassung 9 integriert, und die Gesamtausgangslei­ stung der Module kann von dem Stecker p abgegeben werden, der über die Schnur 11 mit der Steckdose, Buchse oder Fassung 9 verbunden ist. Der Stecker p wird mit einer Einrichtung verbunden, die eine Spannungszufuhr benötigt, so daß dadurch die gewünschte Spannung, die von der gewünschten Anzahl von Modulen abgegeben wird, zugeführt wird. Der Stecker p in Fig. 1 wird beispielsweise in die Zigarettenanzündersteck­ dose eines Wagens, insbesondere eines Kraftwagens, hineinge­ steckt, um eine Batterieladespannung zuzuführen. In diesem Fall sind die verbundenen Module auf dem Instrumentenbrett oder an anderen Stellen installiert, wo sie dem Sonnenlicht ausgesetzt sind.

Die Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform zweier Solar­ zellenmodule, welche zum Erhalten der gewünschten Gesamtaus­ gangsleistung parallel geschaltet sind.

Die in Fig. 4 gezeigten Solarzellenmodule 41 und 42 sind quadratisch und haben Verbindungsabschnitte, welche eine Verbindung in Reihe, parallel oder in einer Matrixanordnung gestatten. Im einzelnen hat das Modul 41 Anschlüsse 41 a, 41 b, 41 c, 41 d, 41 e, 41 f, 41 g und 41 h auf seinen vier Stirn­ seiten. In der gleichen Weise hat das Modul 42 Anschlüsse 42a, 42 b, 42 c, 42 d, 42 e, 42 f, 42 g und 42 h auf seinen vier Stirnseiten. Die Anschlüsse 41e und 41 g sind intern mit der Leitung zwischen dem Anschluß 41 a und der Solarzelle des Moduls 41 verbunden. Die Anschlüsse 42 e und 42 g sind intern mit der Leitung zwischen dem Anschluß 42 a und der Solarzelle des Moduls 42 verbunden. Weiterhin sind die Anschlüsse 41 f und 41 h intern mit der Leitung zwischen der Solarzelle des Moduls 41 und dem Anschluß 41 c verbunden, und die Anschlüsse 42 f und 42 h sind intern mit der Leitung zwischen der Solar­ zelle des Moduls 42 und dem Anschluß 42 c verbunden. Da die Module 41 und 42 die vorstehend beschriebenen internen Ver­ bindungen haben, werden sie parallel geschaltet, wenn die Anschlüsse 41 g und 41 h des Moduls 41 mit den Anschlüssen 42 e und 42 f des Moduls 42 verbunden werden. Durch Verbinden von Anschlüssen 49 a und 49 b einer Steckdose, Buchse oder Fassung 49 mit den Anschlüssen 41 a und 41 b oder 41 e und 41 f des Moduls 41 oder den Anschlüssen 42 a und 42 b des Moduls 42 kann die Ausgangsleistung der beiden parallel geschalteten Module 41 und 42 von dem Stecker p abgegeben werden.

Die gewünschte Ausgangsleistung kann auch von dem Stecker p erhalten werden, wenn die Module in Reihe, wie in Fig. 1 veranschaulicht, geschaltet sind, und die Module, die, wie in Fig. 4 veranschaulicht ist, parallel geschaltet sind, werden weiter in einer Matrixform verbunden, sofern das ge­ wünscht ist.

Wenn die Anschlüsse 42 a und 42 b des Moduls 42 mit den An­ schlüssen 41 c und 41 d des Moduls 41 verbunden werden, dann wird der Schalter 43 des Moduls 41 ausgeschaltet und die beiden Module werden in Serie mit­ einander verbunden. Auf diese Weise kann die Gesamtausgangs­ leistung der beiden Module über die Anschlüsse 41a und 41 b des Moduls 41 abgegeben werden.

Auf diese Weise kann jede Spannung und Leistungskapazität, wie sie entsprechend dem Stromversorgungsanwendungsfall ge­ wünscht wird, dadurch abgegeben werden, daß man eine Mehrzahl von Modulen in gewünschter Weise miteinander verbindet und die Gesamtausgangsleistung von dem Ausgangsanschlußblock nimmt. In dem Fall, in dem die Module dazu ver­ wendet werden, Kraftfahrzeugbatterien wiederaufzuladen, kann die Anzahl der Module in gewünschter Weise so bestimmt werden, daß jedes Batteriespannungsniveau (beispielsweise 12 Volt oder 24 Volt) von jedem Kraftfahrzeug erzeugt bzw. abgenommen werden kann. Die in der oben beschriebenen Weise verbundenen Module können auch auf Yachten und Motorbooten zum Wiederauf­ laden von deren Batterien installiert werden. Außerdem können sie auch dazu verwendet werden, strombetriebene Muße- bzw. Vergnügungsgeräte oder strombetriebene tragbare Geräte mit Strom zu versorgen oder deren Batterien wiederaufzuladen.

Claims (5)

1. Solarzellenmodul

• - mit Solarzellen, die in einem Gehäuse angeordnet sind,
• - mit einem auf der ersten Stirnfläche des Gehäuses an­ geordneten ersten Anschluß der einen Polarität,
• - mit einem auf der der ersten Stirnfläche gegenüberlie­ genden zweiten Stirnfläche angeordneten zweiten Anschluß entgegengesetzter Polarität,
• - wobei der erste und der zweite Anschluß so ausgebildet sind, daß ein weiteres identisches Solarzellenmodul auf eine dieser Stirnflächen aufgesteckt werden kann zur Bildung einer Serienschaltung der Solarzellen in den Modulen,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß auf der ersten und auf der zweiten Stirnfläche je ein weiterer Anschluß (1 b, 1 d, 2 b, 2 d, 3 b, 3 d, 4 b, 4 d, 41 b, 41 d, 42 b, 42 d) vorhanden ist, welche elektrisch miteinander verbunden sind, und
• - daß diese Anschlüsse (1 b, 1 d, 2 b, 2 d, 3 b, 3 d, 4 b, 4 d, 41 b, 41 d, 42 b, 42 d) mit dem zweiten Anschluß (1 c, 2 c, 3 c, 4 c, 41 c, 42 c) durch einen Schalter (5, 6, 7, 8, 43, 44) verbunden sind, der beim Aufstecken eines iden­ tischen Moduls (1, 2, 3, 4; 41, 42) auf die zweite Stirn­ fläche geöffnet wird.

2. Solarzellenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich an zueinander gegenüberliegenden dritten und vierten Stirnflächen des Gehäuses jeweils ein Anschlußpaar (41 e, 41 f, 41 g, 41 h, 42 e, 42 f, 42 g, 42 h) be­ findet, das so beschaltet und ausgebildet ist, daß beim Auf­ stecken eines weiteren gleichartigen Moduls (41, 42) auf die dritte oder vierte Stirnfläche eine Parallelschaltung entsteht.

3. Ausgangsanschlußblock zur Verwendung bei einem Solar­ zellenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgangsanschlußblock Anschlüsse (9 a, 9 b; 49 a, 49 b) hat, die mechanisch und elektrisch mit den Anschlüssen (1 a, 1 b, 2 a, 2 b, 3 a, 3 b, 4 a, 4 b; 41 a, 41 b, 42 a, 42 b) für Serienschaltung oder den Anschlüssen (41 e, 41 f, 42 e, 42 f) für Parallelschaltung verbindbar sind, so daß die Ausgangsleistung eines einzelnen Moduls (1, 2, 3, 4; 41, 42) oder verbundener Module (1, 2, 3, 4; 41, 42) am Ausgangsanschlußblock abnehmbar ist.

4. Ausgangsanschlußblock nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ausgangsanschlußblock (10) eine Steckdose, Buchse oder Fassung (9; 49), einen Ausgangsstecker (p) und eine Schnur bzw. Leitungs­ schnur (11) zum Verbinden der Steckdose, Buchse, Fassung (9; 49) mit dem Ausgangsstecker (p) umfaßt.